电场中的导体的教案示例.doc

电场中的导体的教案示例.doc（精选5篇）

电场中的导体的教案示例.doc 第1篇

学习资 料

静电屏蔽

一、教学目标 1．物理知识：

（1）了解导体导电机制、静电平衡状态、静电感应现象；（2）理解电场中处于静电平衡状态下导体的特点；（3）了解静电屏蔽现象。

2．通过观察演示实验及对实验现象的分析，引导学生运用所学知识进行分析推理，培养学生分析推理能力。

二、重点、难点分析

1．静电场中静电平衡状态下导体的特性，即其电荷分布、电场分布、电势等，这是重点。

2．运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因，这是难点。

三、教具

1．演示静电感应

起电机，感应电机（一对）、验电球、验电器（两个），带有绝缘支架金属球一个。

2．法拉第圆筒演示静电平衡导体，内部无净余电荷 法拉第圆筒，验电器（一个），验电球，起电机。3．静电屏蔽演示

金属网罩（一个），带绝缘支架金属球，验电器。

四、主要教学过程

（一）复习提问，引入新课

1．电场的重要性质是什么？对放入其中的电荷有力的作用。

2．导体的重要特征（或说导体导电的原因）是什么？导体内部有大量自由电荷。

3．把导体放入电场中，导体上的自由电荷处于电场中将受电场力作用，这时的导体与无电场时的导体相比有什么不同特征？

引导学生分析：

若是金属导体，自由电子在电场力作用下将发

生定向移动使两端出现不同的电荷分布，从而引起 导体的某些新的性质。

（二）教学过程设计

实验1 利用起电机使绝缘金属球带电，从而产生电场，把感应电机靠近A摆放，且接触良好。

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学习资 料

将不带电验电球A先与B接触，再与验电器金属球D接触，如此反复，可见D金属箔张开。同样，可让A与C接触，再与E接触，反复几次，可见E金属箔也张开。

由此可知B、C两端带电。

此时，若将A上电荷放掉，让A与C接触后与D接触，反复几次，可见D金属箔张角变小，可见B、C两端电荷异号。

1．静电感应

（1）什么叫静电感应：放在静电场中的导体，它的自由电荷受电场力作用，发生定向移动，从而重新分布，在其表面不同部分出现了正、负电荷的现象。

①可根据同性相斥、异性相吸，指出本实验中距A近端（B端）有与A异号的电荷，距A远端（C端）电荷与A同号。

实验1中，可用A与B、C中部接触的，再与验电器接触，验电器金属箱不张开，电荷分布在两端。

②也可以分析距A远近不同，电势不同，而金属导体中自由电子在电场力作用下由电势低处运动至电势高处。

例如：若A带正电，距A较远端的C端电势比B端低，故电子向B端运动，B端带负电荷。根据电荷守恒，C端带正电荷。

同理可分析A 带负电荷时，感应电机上电荷分布。（2）感应电荷

静电感应现象中，导体不同部分出现的净电荷称为感应电荷。

静电场中导体上自由电荷受电场力作用做定向移动会不会一直运动下去？

（3）静电平衡状态

导体置于电场中时，自由电荷受力，发生定向移动，从而重新分布。重新分布的电荷在导体内产生一个与原电场反向的电场，阻碍电荷定向移动，直至最后无电荷定向移动为止，这时感应电荷电场与原电场的合场强为零。

①什么是静电平衡状态：导体上处处无电荷定向移动的状态。②特征：导体内部处处场强为零。

在这个特征基础上进行推论，可得静电场中导体的特点。

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2．静电场中导体的特点：处于静电平衡状态，导体内处处场强为零。（1）处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上。可采用反证法，若导体内部有净电荷，电荷周围有电场，那么导体内部电场强度将不为零，电荷将发生定向移动。

实验2 法拉第圆筒实验。

先用起电机使筒A带电，至A中箔片张开为止，利用验电球B可先从A外表面接触，再与验电器金属球C接触，反复几次后，可明显地看到C金属箔张开，可说明A外表面有电荷。

若使B与A内壁接触后再与C接触，则C金属箔将不张开，可验证A内壁无电荷。

（2）处于静电平衡状态的导体表面上任一点场强方向与该点表面垂直。可用反证法证明，若不垂直，沿表面有切向分量电荷将发生定向移动。

（3）处于静电平衡状态导体是个等势体，导体表面是等势面，沿导体表面移动电荷，电场力与表面切向垂直，电场力做功为零。

所以 电势差为零，表面是等势面。

内部处处E=0，任两点间移动电荷，电场力为零，任两点等势，所以是等势体。

3．应用

（1）感应起电（与摩擦起电比较）

使A带电，B、C端将出现感应电荷，把B、C分开，各自出现净电荷，从而带电。

（2）静电屏蔽 实验3

先使A带电，然后移近验电器B，由于静电感应，B的金属箔片张开，若把B置于金属网罩中，可发现B的金属箔片不张开。

简单分析：金属网罩内无电场。

任取一个导体壳，处于静电场中，壳内无电场。

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学习资 料

反证法：若有电场，电场线发自壳壁，终止于壳壁，与壳是等势体相矛盾，这样的电场线不存在。

（三）复习巩固

1．如图所示，A带正电，若感应电机C端接地，问B、C端各带什么电荷？（B端带负电荷，C端无净电荷）

若此时断开 C与地的连线，B、C端带什么电荷？（B端负电荷，C端无电荷）整个导体净余什么电荷？（负电荷）

若B端接地，整个导体净余什么电荷？（负电荷）2．导体杆放于点电荷+Q附近达到静电平衡后，求杆中距Q为r 的一点Q的电场强度及杆上感应电荷在a点产生的电场强度。

（解：因为杆处于静电平衡状态，故Ea=0 a点场强由+Q产生的电场强度和感应电荷电场合成。

EQ＋E感=Ea=0

（北京二中 范京）

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电场中的导体的教案示例.doc 第2篇

1.理解导体和绝缘体的区别。

2.知道常见的导体和绝缘体。

实验器材：6V电池组，小灯泡(6.3V)，硬币、铅笔芯、橡皮、塑料尺(各1件)，开关1个，废电灯泡芯1个，酒精灯1盏，导线6根(其中两根带金属夹、两根焊于废电灯泡灯头上)。

教学过程：

引人新课：

提问：连接电路的导线是用什么材料制成的?

用其他材料可以代替金属线吗?

演示课本图4-9实验，(电路先固定在示教板上)通过实验让学生回答：

1.哪些可以代替金属线?

2.哪些不可以代替金属线?

电场中的导体的教案示例.doc 第3篇

按照课本中描述的情景和学生已获得的物理知识，可以这样来推导：设导体中的电场为E，则自由电子受到的静电力F=eE，自由电子运动的加速度a=eE/m。从公式可以看出当电场E恒定时，加速度a恒定，即电子在导体中做匀加速运动，电子的速度会越来越大，则导体中电流也就越来越大，这和课本中说的恒定电流是矛盾的。

为什么会得到与课本不一致的结论呢？是课本中的结论不对，还是上面的推导错了？

这就要从自由电子说起，对于金属导体中的原子来说，它的最外层的电子（价电子）受到原子核的束缚比较弱，当一个原子的最外层电子受到其他原子的影响时，不再束缚在某个原子核的周围，而是在整块金属中“自由”地运动着。自由电子也并非真正的自由，电子在运动过程中会与晶体点阵中的原子实发生碰撞。

当存在电场时自由电子在电场力的作用下做定向的加速运动，这种运动不能持续下去，要与晶体点阵的原子实发生碰撞，丧失了定向运动的特征，其运动速度减小。此后电子又在电场力作用下做定向的加速运动，速度只能增大到与原子实碰撞时的最大速率，而此后又一次与原子实发生碰撞，运动速度又一次减小……所以，电子在电路中的运动是变速运动。当电压一定时碰撞时的最大速率一定，电子的平均速率一定。可见，课本中所说的“定向运动速率不变”，应该是自由电子运动过程中的平均速率，平均速率不变，电流当然也是恒定的。

课本中的叙述是“断章取义”，造成了学生对其“误解”，其主要原因是学生对自由电子在金属中的运动情况不甚了解。

原子实：简而言之就是指原子中除了价电子外的其余部分，如钠的原子实就是由原子核和核外10个电子构成。

导体中的电场和电流教学设计 第4篇

本节内容选自人教版高中物理选修3-1第二章第一节。这节课的主要内容是认识电流及其在电路中的作用，了解恒定电场的建立以及知道恒定电流的概念和计算表达式。

本节内容是建立在了解静电场的基础上展开。同时它是恒定电流一章的第一节，为电动势、串并联电路等内容的学习打下基础。因此，在结构上起到了承上启下的作用。学情分析

教学对象是普通高中二年级的学生，已经学习了静电场的相关知识，知道电场强度、电势差等概念。且这一时期学生的抽象思维和逻辑思维已经较好建立。而且由于电路与生活息息相关，学生在比较容易接受和理解本节内容。教学目标

（一）知识与技能

1．明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立。2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流。3．从微观意义上理解电流的强弱与自由电子平均速率的关系。

（二）过程与方法

通过类比和分析的方法，加深对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。

（三）情感态度与价值观 通过对电源、电流的学习培养将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。教学重难点

重点：理解电源的形成过程及电流的产生。难点：电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。教法学法 类比法 教学教具

多媒体、板书、手电筒 教学过程

创设情境，引入新课 多媒体展示闪电的照片。

演示实验：打开手电筒，使小灯泡持续发光。

提出问题：雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，而手电筒的小灯泡却能持续发光。这是为什么？ 学生讨论交流。新课教学 1.电源

带领学生阅读教材P41。

师：从图中我们看到分别带正、负电荷的A、B两个导体球，它们的周围存在电场。如果用一条导线R将它们连接起来，那么A、B周围的电场、A、B之间的电势差会发生什么变化？最后，A、B两个导体球会达到什么状态？R中出现了怎样的电流？ 学生思考并且回答问题。

师：那么怎样才能使电路中有持续的电流？ 多媒体展示抽水机工作简易装置。

水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B。A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。

师：怎拦才能使水管中有源源不断的水流呢? 生：利用抽气机使水不断抽到高处，保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。

多媒体展示刚才的导体球A、B装置。

师：很好，那么通过类比法，怎样才能使电路中有持续的电流呢? 生：在A、B两个导体中间增加一个和抽水机类似的装置，使两端的电荷保持和原来一样。师：对，能把电子从A搬到B的装置P就是电源。从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置。2.恒定电场

结合课本图2.1-3分析导线中的电场的分布情况。

将电源正负极产生的电场对导线中某电子的作用力分解为平行和垂直导线的分力。垂直的分力使电子在导线一侧堆积，造成导线两侧出现电势差，此电场与电源正负极产生的电场相互叠加，会发现总电场线的方向更接近于和导线平行。如果不平行，那么电子将继续运动直至达到平衡。

所以A、B周围空间的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，不随时间变化，电场的分布也不会随时间变化。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称为恒定电场。3.恒定电流

（1）概念：电荷的定向移动形成电流。

（2）电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。

注意：电流是标量，它的运算法则不是平行四边形法则，是代数和。

（3）大小：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。定义式：(4)单位：安培，A。（5）电流的微观表示： 取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v。设想在导体中取两个横截面B和C，横截面积为S，导体中每单位体积中的自由电荷数为n，每个自由电荷带的电量为q，则t时间内通过横截面C的电量Q是多少？电流I为多少？---教师引导学生推导，得到公式Q=nV=nvtSq以及 I=Q/t=nvqS。

师：I=Q/t=nvqS就是电流的微观表示式，表示电流与单位体积内电荷的数目，移动速率，导体横截面以及电荷量有关。（6）电流的分类

①直流电：方向不随时间而改变的电流。直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。

②交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。4.课堂检测与评价

练习

1、下列叙述正确的是（）

A．导体中电荷运动就形成电流

B．电流的单位安培，是国际单位制的基本单位之一

C．因为电流强度有方向，所以电流强度是矢量

D．在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成的电流，所以电流有两个方向

练习2：原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核运动，电子的电荷量为e，等效电流有多大？

练习

3、某电解池中，若在2 s内各有个二价正离子和个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（）．

A．O

B．0.8 A

C．1.6 A

D．3.2 A 练习

4、有一横截面积为s的铜导线，流经其中的电流强度为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为e，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为（）

A．nvs Δt

B．nv·Δt

C．

D． 5.布置作业，巩固升华

完成P43问题与练习：1、2、3。板书设计

§2.1导体中的电场和电流

一、电源

1.概念：能把电子从A搬到B的装置P就是电源

二、恒定电场

1.概念：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场

三、恒定电流

1.概念：电荷的定向移动形成电流 2.方向：规定为正电荷定向移动的方向 3.大小：

4.单位：安培，A 5.微观解释

电场中的导体的教案示例.doc 第5篇

【关键词】静电平衡  电场线  电势高低

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）35-0136-02

对于高中生来说，分析有关静电场中的导体平衡问题比较困难。由于静电场中的导体，一般来说是比较复杂的，而且又很抽象。有什么好的方法帮助学生解决有关静电平衡的问题。

大家知道，电场线形象地反映了静电场的性质，由此我们可以导体静电平衡的性质为基础，以电场线为工具，构成定性讨论导体静电平衡问题的主要方法。这种方法思路清楚，逻辑性强，直观形象，对中学物理教学有帮助。

电场线的主要性质：

（1）电场线起于正电荷（或无穷远处），止于负电荷（或无穷远处），在没有电荷的地方不会中断;

（2）沿着电场线方向，电势降低。

导体静电平衡时性质：

（1）导体是等势体，表面是等势面;

（2）导体内部无静电荷，电荷只分布在导体表面上。

以下讨论均以无穷远处为零电势。

一、关于导体电势问题

1.中性孤立导体电势等于零，表面处处无静电荷。

反证法：

假设中性导体的电势Φ>0，则导体某处必有电场线发处而止于无穷远，因此该处必有正电荷。而导体为中性，那么导体表面另处必有等量的负电荷，终止的电场线只能来自无穷远，故有Φ<0，结果与假设相矛盾。

若假设Φ<0，同样会导致矛盾结果。由此证明，中性孤立导体电势只能等于零，表面各处不可能有静电荷。

2.中性导体B靠近带正电的导体A时，ΦA>ΦB>0。

分析如下：

当导体B靠近导体A，由于静电感应，B的左、右两端分别感应出负、正感应电荷，B右端的正电荷发出的电场线只能终止无穷远，B左端负电荷终止的电场线只能来自于带正电荷的导体A发出的，如图1所示。顺着电场线方向电势降低，则ΦA>ΦB>0。

图1

同理可以分析，中性导体B靠近带负电的导体A，ΦA<ΦB<0。

【例题分析】

例1.如图2所示，将两个不带电的绝缘导体AB、CD依次放在带负电的导体Q的附近，达到静电平衡状态后，下列说法中正确的是（图中带箭头的曲线为电场线）（     ）

图2

A.用导线连接A、B两端，连通瞬间有电流通过导线

B.用导线连接A、C两端，连通瞬间没有电流通过导线

C.用导线连接A、D两端，连通瞬间有A到D方向的电流

D.用导线连接A、C两端，连通瞬间有C到A方向的电流

分析：

根据静电感应的性质可以知道A、C端感应出正电荷，B、D端感应出负电荷，经分析画出如图3所示的电场线。分析时可以从D端开始，终止于D端的电场线可以由三处发出：C端、A端和无穷远。终止于D端的电场线不可能来自于C端，这与CD是等势体（ΦC=ΦD）相矛盾;终止于D端的电场线若来自于A端，那么就有ΦA>ΦD，这与ΦD=ΦC>ΦB=ΦA（因为同样的方法分析，终止于B的电场线只能来自于C）相矛盾。所以，终止于D端的电场线只能来自于无穷远处。故电势关系是ΦQ<ΦA=ΦB<ΦC=ΦD<0，用导线连接两端瞬间，若无电势差，不会有电流，若有电势差，电流方向从高电势流向低电势。所以本题正确答案是D。

图3

二、关于导体接地问题

1.孤立的带电导体接地后，电势为零，表面无静电荷。

接地导体达到静电平衡后与地球构成等势体，地球与无穷远同电势，则Φ导=Φ地=0。

对于表面无静电荷的问题，可以用反证法：

假设导体表面还带有正电荷，必然发出电场线终止于无穷远，导体电势高于无穷远，即高于地球，这与导体和地球达到静电平衡是等势体相矛盾，所以导体不可能带正电。同理证明导体不可能带负电。

2.接地导体附近若只有一个带电体，则接地导体表面不可能有与带电体上同号电荷。

反证法：如图4，设A带正电，若接地导体B某处也有正电荷，该正电荷就要发出电场线，此电场线不可能终止于A，否则就会得出ΦA>ΦB和ΦB>ΦA相互矛盾的结果;也不可能终止于B的左端负电荷，也不可能终止于无穷远或地球，否则与B和地球是等势体相矛盾。由此证明这种电场线是不存在的，接地导体表面不可能有正电荷，这个结论与接地线在何处无关。

图4

例2.如图5所示，原来不带电的金属球壳内壁接地，将一带正电的小球放入其中，但不与球壳接触，则（     ）

A.球壳内壁带负电

B.球壳外壁带正电

C.球殼外壁不带电

D.若将接地线去掉，再移出正电荷，球壳外壁带负电

分析：带正电的小球发出的电场线若要终止于无穷远，必须穿过球壳，不可能，只能终止于负电荷，所以无论球壳哪里接地，球壳内壁带负电，A正确;由于球壳与大地等电势，球壳外壁不可能带电，B错误、C正确;将接地线去掉，再移出正电荷，球壳所带的负电荷必有来自于无穷远处的电场线，而电场线又不能穿过球壳，所以球壳外壁必带负电，D正确。

参考文献：

[1]安徽师范大学继续教育学院  《电磁学教学研究》  2000（06）